輸電線路運維中運用在線監(jiān)測技術(shù)的實踐研究

國網(wǎng)揚州供電公司 林芝茂 朱翔宇

1 引言

輸電線路構(gòu)成元器件種類較少但數(shù)量較多，其中任何一個元器件出現(xiàn)故障都可能會導致整條輸電線路停運，從而阻礙電力系統(tǒng)正常運行。在線監(jiān)測技術(shù)是確保輸電線路及電力系統(tǒng)運行可靠性及安全性的關(guān)鍵技術(shù)，通過在線監(jiān)測裝置及技術(shù)能夠準確評估輸電線路運行參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)運行安全隱患并且進行預(yù)警，便于維修人員采取針對性運行維護技術(shù)措施。

2 在線監(jiān)測技術(shù)概述

2 .1 在線監(jiān)測機理分析

輸電線路元器件在自然災(zāi)害、惡劣環(huán)境、污穢積累、缺陷惡化發(fā)展等因素的影響下，會出現(xiàn)具備一定征兆且少量漸進的故障，通過在線監(jiān)測技術(shù)則能夠獲取輸電線路運行狀態(tài)及參數(shù)，并且通過經(jīng)過分析處理的數(shù)據(jù)信息預(yù)測元器件可能出現(xiàn)的故障及剩余壽命，同時發(fā)出預(yù)警信息[1]。

具體來講，輸電線路元器件故障一般不會瞬時發(fā)生，性能退化至潛伏故障P 點后才會表現(xiàn)為可探性故障，發(fā)展到功能故障F 點后便會引發(fā)安全事故，進行輸電線路運行維護的目標便是在P—F 時間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)并預(yù)防故障。不同類型輸電線路元器件的P—F 時間間隔不一，最短僅為數(shù)個小時，最長則能達到幾年，通過在線監(jiān)測技術(shù)則能夠在P—F 時間間隔內(nèi)實現(xiàn)對于輸電線路的有效監(jiān)測，做到對輸電線路運行參數(shù)變化的及時追蹤，從而完成對于輸電線路運行狀態(tài)及故障狀態(tài)的實時監(jiān)測。

2.2 在線監(jiān)測功能類型

在線監(jiān)測技術(shù)同時融合了低功耗技術(shù)、抗干擾技術(shù)、計算機技術(shù)、無線傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、能源管理技術(shù)、信息處理技術(shù)等多種先進技術(shù)，能夠支持在線監(jiān)測裝置元件集成化、通信網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)數(shù)字化、顯示可視化，從而實現(xiàn)對于輸電線路本體及周圍環(huán)境的在線監(jiān)測及智能化測量。在線監(jiān)測功能主要包括微風振動監(jiān)測、風偏監(jiān)測、溫度監(jiān)測、覆冰監(jiān)測、弧垂監(jiān)測、舞動監(jiān)測、絕緣子污閃監(jiān)測。

3 在線監(jiān)測裝置在輸電線路運維中的運用分析

3.1 微風振動在線監(jiān)測

通過振動傳感器實時采集微風振動信號，即輸電線路在微風影響下的振動幅度和頻率，從而在線分析導線的微風振動水平，一方面判斷導線的疲勞程度及剩余壽命[2]；另一方面總結(jié)導線微風振動水平與天氣變化之間的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上制定導線防振措施。微風振動在線監(jiān)測裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：導線振動幅度監(jiān)測范圍為0～1.3mm，導線振動頻率監(jiān)測范圍為0～150Hz。

3.2 風偏在線監(jiān)測

通過傾角傳感器實時采集絕緣子串監(jiān)測點風偏角，同時根據(jù)導線架設(shè)桿塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、絕緣子串風偏角計算桿塔之間的空氣間隙，以此作為預(yù)警值，當絕緣子串風偏角超過正常范圍或桿塔空氣間隙接近預(yù)警值時，裝置會進行自動報警。針對已經(jīng)出現(xiàn)風偏故障的輸電線路，可以通過在線監(jiān)測裝置開展對線路的24h 不間斷在線監(jiān)測，直到找出風偏故障發(fā)生原因，在此基礎(chǔ)上采取故障解決措施，并且完善后續(xù)風偏在線監(jiān)測及巡檢方案。

風偏在線監(jiān)測裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：絕緣子串風偏角監(jiān)測范圍為-90～90°，絕緣子串風偏角監(jiān)測誤差范圍為-0.05～0.05°，環(huán)境風速測量范圍為0～60m/s，環(huán)境風速監(jiān)測誤差范圍為（0.5+0.03標準風速值）m/s。

3.3 溫度在線監(jiān)測

通過溫度傳感器實時采集輸電線路運行溫度，當運行溫度接近或超過接近預(yù)警值時，裝置會進行自動報警。并且總結(jié)輸電線路運行溫度與天氣變化、導線動態(tài)增容之間的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上制定導線在線監(jiān)測及巡檢方案[3]。溫度在線監(jiān)測裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：導線運行溫度監(jiān)測范圍為-50～120℃，導線運行溫度監(jiān)測誤差范圍為-0.2～0.2℃，導線運行溫度監(jiān)測分辨率為0.1℃。

3.4 覆冰在線監(jiān)測

通過拉力傳感器實時采集輸電線路拉力，通過傾角傳感器實時采集絕緣子串傾斜角及風偏角，通過遠端攝像機實時采集輸電線路運行參數(shù)及導線搭設(shè)桿塔現(xiàn)場數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)代入修正理論模型及專家知識庫，從而掌握導線的覆冰情況、變化規(guī)律、發(fā)展趨勢、發(fā)展特征，在此基礎(chǔ)上制定導線防冰除冰措施。

覆冰在線監(jiān)測裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：導線覆冰厚度監(jiān)測準確度為5%，導線覆冰重量監(jiān)測準確度為5%，最大像素為752×582，變倍數(shù)為18倍，云臺水平轉(zhuǎn)動角度為0～360°，云臺垂直轉(zhuǎn)動角度為90°，最大預(yù)置位數(shù)為9路，最長無陽光運行天數(shù)為30d，數(shù)據(jù)采樣時間間隔為1h。

4 在線監(jiān)測技術(shù)在輸電線路運維中的運用分析

4.1 輸電線路弧垂監(jiān)測

輸電線路弧垂有一定范圍要求，如果超過正常范圍便會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，從而損害電力系統(tǒng)；如果低于正常范圍便會出現(xiàn)導線應(yīng)力過大情況，從而導致導線斷裂問題。此外，輸電線路弧垂變化影響會隨著外界環(huán)境變化而改變，例如，在大風環(huán)境下，線路弧垂超過正常范圍可能會造成導線交纏問題[4]；在雷雨環(huán)境下，線路弧垂超過或低于正常范圍可能會造成送電問題。

在輸電線路弧垂在線監(jiān)測過程中，傳感器能夠獲得輸電線路弧垂實際情況，如果導線弧垂超過正常范圍，則通過角度探測器測量導線弧垂角度，通過傾角法對傾角進行計算，根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)設(shè)計相應(yīng)輸電線路弧垂調(diào)整方案。同時強化對于周邊環(huán)境的在線監(jiān)測，全面收集導致輸電線路弧垂變化的相關(guān)數(shù)據(jù)，完成對于輸電線路弧垂故障的在線診斷及在線解決。

4.2 輸電線路溫度監(jiān)測

輸電線路自身溫度及運行環(huán)境溫度均會影響其運行情況，從而導致溫度故障，只有實現(xiàn)對于溫度的實時監(jiān)測才能夠準確判斷可能發(fā)生的故障。不同架設(shè)區(qū)域?qū)τ谳旊娋€路自身溫度及運行環(huán)境溫度的要求不同，表示需要結(jié)合架設(shè)區(qū)域?qū)嶋H情況及溫度要求選擇溫度監(jiān)測技術(shù)，目前大部分溫度監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。

輸電線路溫度在線監(jiān)測技術(shù)包括接觸式監(jiān)測和非接觸式監(jiān)測兩種，接觸式在線監(jiān)測的原理為物理熱平衡原理，即溫度傳感器通過直接接觸獲得輸電線路實時溫度，同時上傳至監(jiān)測中心，完成對于輸電線路溫度變化的在線監(jiān)測；非接觸式線監(jiān)測的原理為能量輻射原理，即光電探測器在不直接接觸輸電線路的情況下獲取溫度信號，因此要求測溫導線與測溫探頭之間不存在物體遮擋情況[5]。在輸電線路溫度在線監(jiān)測過程中，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對于溫度超高故障的全天候監(jiān)測分析，并且在溫度超標時發(fā)出報警信號、顯示高溫點坐標位置，便于及時采取降溫措施；能夠通過在線監(jiān)測模式及相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)程計算導線的具體載流量，從而推算導線溫度正常范圍，完成對于輸電線路溫度的在線診斷。

4.3 輸電線路冰閃監(jiān)測

在嚴寒天氣下，輸電線路易出現(xiàn)冰雪覆蓋情況，導致冰閃故障。通過在線監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于輸電線路冰閃故障的及時排查，從而預(yù)防由于覆冰導致的輸電線路故障。

在輸電線路冰閃在線監(jiān)測過程中，可以通過輸電線路拉力在線測試判斷導線是否存在冰體覆蓋情況，即在絕緣子串位置處設(shè)置拉力傳感器，以此獲得導線拉力數(shù)據(jù)，同時收集溫度、濕度、風力等環(huán)境數(shù)據(jù)，將所有在線監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測中心，隨后獲得導線覆冰反饋信息，在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)處理措施?？梢酝ㄟ^輸電線路弧垂、傾斜角度等在線監(jiān)測數(shù)據(jù)計算導線重量，從而判斷導線的覆冰情況，并且根據(jù)導線正常重量計算導線覆冰量，在此基礎(chǔ)上判斷冰閃故障嚴重程度，同時采取相應(yīng)處理措施。

4.4 輸電線路舞動與風偏監(jiān)測

大部分輸電線路需要跨越高速公路或鋪設(shè)于山林之間，導致輸電線路的長度較長，線路架設(shè)塔桿距離一般設(shè)置為極限距離，線路出現(xiàn)舞動故障的概率便會增加。此外，部分輸電線路架設(shè)塔桿會設(shè)置在山頂，增加了風力變化對于線路運行的不利影響，使得線路在大風天氣下容易出現(xiàn)舞動故障。輸電線路舞動故障會加重線路的磨損情況，從而引發(fā)線路架設(shè)塔桿坍塌及導線斷裂等問題，導致大面 積停電事故。

通過在線監(jiān)測技術(shù)完成對于絕緣子串風偏角度的定期測量，同時收集和分析絕緣子串仰角、輸電線路跳線、監(jiān)測地區(qū)封片狀態(tài)等關(guān)鍵運行參數(shù)，從而預(yù)防由于風偏導致的輸電線路舞動故障，并且根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)優(yōu)化輸電線路絕緣子設(shè)計；強化對于周邊環(huán)境的在線監(jiān)測，預(yù)防由于大風天氣導致的輸電線路舞動故障。在輸電線路舞動與風偏在線監(jiān)測過程中，傳感器能夠?qū)⑤旊娋€路的舞動信號轉(zhuǎn)換為電流信號，同時將經(jīng)過加工和處理的電流信號上傳至監(jiān)測中心，隨后通過接收到的電流信號判斷輸電線路舞動信息，做到通過在線監(jiān)測數(shù)據(jù)診斷輸電線路舞動故障；輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)支持可視功能，能夠通過監(jiān)測視頻畫面掌握輸電線路運行狀態(tài)，同時得到關(guān)于線路坐標系的圖像資料，在此基礎(chǔ)上運用科學計算方法對線路風偏角度、旋轉(zhuǎn)角度進行計算，完成對于輸電線路舞動故障的在線診斷。

5 輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)強化措施

5.1 提高輸電線路穩(wěn)定性

確保輸電線路穩(wěn)定性是應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)的前提條件，當輸電線路能夠在大風、降雨、降雪等惡劣天氣下保持穩(wěn)定運行，導線坍塌問題發(fā)生概率便會下降，各項在線監(jiān)測技術(shù)也能夠獲得更多輸電線路運行數(shù)據(jù)。這需要強化對于輸電線路的日常維護和運行檢修，并且不斷對建設(shè)技術(shù)進行優(yōu)化調(diào)整。同時實現(xiàn)對于輸電線路在線監(jiān)測預(yù)警功能的逐級建設(shè)，形成逐層報警、逐步通知的預(yù)警報警模式，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常參數(shù)，避免輸電線路整體運行受到不利影響。

5.2 強化智能算法應(yīng)用

目前，智能計算方式在輸電線路在線監(jiān)測中的應(yīng)用還處于起步階段，這使得在線監(jiān)測技術(shù)手段獲得的輸電線路運行數(shù)據(jù)不夠充足，也就無法開展進一步研究分析。為此需要強化對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等智能算法的應(yīng)用，以此實現(xiàn)對于輸電線路運行維護數(shù)據(jù)的充分分析及海量統(tǒng)計，一方面提高在線監(jiān)測效率和質(zhì)量；另一方面根據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)建故障智能診斷系統(tǒng)，通過系統(tǒng)實現(xiàn)對于輸電線路故障的自動分析、診斷、分類、處理，為維修人員開展維修作業(yè)提供參考。同時可以根據(jù)輸電線路在線監(jiān)測數(shù)據(jù)總結(jié)各個元件及區(qū)域出現(xiàn)故障的規(guī)律，以此制定針對性檢修規(guī)劃及故障處理方案，并且實現(xiàn)對于故障頻發(fā)區(qū)域的重點監(jiān)測。

6 結(jié)語

在線監(jiān)測技術(shù)能夠通過輸電線路運行狀態(tài)及參數(shù)預(yù)測元器件可能出現(xiàn)的故障及剩余壽命同時發(fā)出預(yù)警信息，在線監(jiān)測功能類型主要包括微風振動監(jiān)測、風偏監(jiān)測、微氣象監(jiān)測等。基于線監(jiān)測機理及功能，在線監(jiān)測裝置可以運用于輸電線路微風振動、風偏、溫度、覆冰在線監(jiān)測，在線監(jiān)測技術(shù)可以運用于輸電線路弧垂、溫度、冰閃、舞動與風偏、絕緣子污閃監(jiān)測，從而實現(xiàn)對于輸電線路故障的及時準確診斷，為電力系統(tǒng)安全運行提供技術(shù)保障。為了強化在線監(jiān)測技術(shù)在輸電線路運維中的應(yīng)用，可以提高輸電線路穩(wěn)定性、強化智能算法應(yīng)用。